Gehalte an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen ... · PAK in Oberböden Originalarbeiten 76 UWSF – Z. Umweltchem. Ökotox. 12 (2) 2000 Mit dieser Untersuchung in Hamburg

Originalarbeiten PAK in Oberböden

75© ecomed verlagsgesellschaft AG & Co. KG, D-86899 Landsberg und Ft. Worth/TX, USA • Tokyo, Japan • Mumbai, Indien • Seoul, KoreaUWSF – Z. Umweltchem. Ökotox. 12 (2) 75 – 82 (2000)

Originalarbeiten

Gehalte an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen(PAK) in Oberböden Hamburgs

Birgit Gras, Claudia Jaeger, Susanne Sievers

Amt für Umweltschutz – Umweltuntersuchungen – der Umweltbehörde Hamburg, Marckmannstr. 129 b, D-20539 Hamburg

Korrespondenzautorin: Dr. Birgit Gras; e-mail: [email protected]

Abstract

Contents of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) inTopsoils of Hamburg

The contents of 19 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) intopsoil samples from 108 sites within the territory of the federalstate of Hamburg were analyzed. The investigation was per-formed to provide a view on background values in the metro-politan area and the influence of land use on PAH in soils. Knowncontaminated sites were not included in the investigation.

Values in the area ranged from 0.1 to 44.3 mg/kg d.m. with amedian of 3.6. 80% of the measurements were below 10 mg/kgd.m. Contents decreased strongly with a growing distance fromthe city’s center. The median is 4.4 mg/kg d.m. in the center, 1.3in the rural periphery (marsh) and 0.4 mg/kg d.m. in pre-weichselian uplands ("geest").

PAH contaminations originate from diffuse atmospheric emis-sions caused by car traffic and room heating, but also by wardamages which lead to widespread burnings and consequentlyto the widespread dispersion of remains. The contents measuredare in the range of published values from other densely popu-lated areas, although a comparatively comprehensive investiga-tion from another region does not exist.

Keywords: Background values, PAH; BBodSchV; Hamburg,PAH; PAH; polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH); soils; top-soil samples

DOI: http://dx.doi.org/10.1065/uwsf2000.03.005

Zusammenfassung. In Hamburg wurde ein flächendeckendesUntersuchungsprogramm zur Ermittlung der Gehalte an 19 poly-cyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) in Ober-böden durchgeführt, um einen Überblick über die Belastungs-situation im Ballungsraum und den Einfluss der Flächennutzungauf die PAK-Gehalte zu erhalten. Altlastenflächen wurden imRahmen der vorliegenden Arbeit nicht untersucht.

Es wurden PAK (EPA)-Gehalte von 0,1 bis 44,3 mg/kg TMgemessen. Der Medianwert für das Hamburger Gebiet beträgt3,6 mg/kg TM. Etwa 80% der Befunde liegen unter 10 mg/kgTM. Die Höhe der PAK-Gehalte ist abhängig von der Entfernungzum Stadtzentrum. Der Medianwert steigt vom ländlichen Stadt-rand mit 0,4 (Geest) bzw. 1,3 mg/kg TM (Marsch) für die SummePAK (EPA) auf 4,4 mg/kg TM im innerstädtischen Bereich.

Ursache für die Bodenbelastungen ist neben Einträgen über dieLuft das Auftreten von Brandrückständen und Trümmerschutt.Die PAK-Belastung der Hamburger Böden unterscheidet sichnicht nennenswert von der in anderen Ballungsgebieten.

Schlagwörter: Böden; Bundes-Bodenschutz- und Altlastenver-ordnung; Hamburg, PAK; Hintergrundbelastung, PAK; Ober-böden; PAK; polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)

Einleitung

Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) tretenubiquitär in Luft, Boden und Gewässern auf. Sie entstehenbei der unvollständigen Verbrennung von organischem Ma-terial, z.B. von fossilen Energieträgern, und werden heuteüberwiegend mit den Abgasen aus dem Kfz-Verkehr und ausdem Hausbrand freigesetzt. PAK-Depositionsraten wurdenin Großstädten bei 1,5 bzw. 1,9 mg/m²a (HALSALL et al., 1997)bzw. 4,3 mg/m²a (FERNANDEZ et al., 1992) gemessen. Auchdurch Einträge von PAK-haltigen Materialien (Kohleteere,Ruß, Holzkohle, Aschen, alte Dachpappen, alte Holz-schutzmittel, Brandschutt usw.) gelangen sie in den Boden.Nach Berechnungen des Länderausschusses für Immissions-schutz (LAI, 1991) sind die PAK neben Dieselrußpartikelndie wichtigsten Kanzerogene in der Luft.

Die vorliegende Untersuchung soll eine Datenbasis für dieBewertung von PAK-Belastungen städtischer Oberböden lie-

fern. Bisher liegen repräsentative PAK-Werte überwiegend fürländliche Gebiete vor (z.B. JONECK & PRINZ, 1993; PUCHWEIN,1993, TERYTZE et al., 1998, FETZER et al., 1999). Für Bal-lungsräume wurden im Wesentlichen Datenkollektive fürspeziell genutzte Flächen wie Kinderspielplätze oder Klein-gärten ermittelt (z.B. FLIEGNER & REINIRKENS, 1993; SMETTAN

et al., 1993). Eusterbrock (1999) untersuchte Böden einermittelgroßen Stadt ohne Industrieprägung. Belicic & Raschkeveröffentlichten 1999 PAK-Werte, die sie in Stadtböden Nürn-bergs im Rahmen einer Umweltverträglichkeitsuntersuchunggemessen haben. Bei der Festlegung von Vorsorge-, Prüf- oderMaßnahmenwerten im Zusammenhang mit der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV, 1999)sind neben Hintergrundbelastungen in ländlichen Gebietendie von Ballungsräumen einzubeziehen.

PAK in Oberböden Originalarbeiten

76 UWSF – Z. Umweltchem. Ökotox. 12 (2) 2000

Mit dieser Untersuchung in Hamburg sollen Einflüsse un-terschiedlicher Exposition gegenüber Verkehr, Hausbrandund Industrie auf PAK-Gehalte verschiedenartig genutzterBöden aufgezeigt werden. Dabei wurden nicht nur natur-nahe Böden einbezogen, sondern vor allem typische, d.h. iminnerstädtischen Bereich nahezu ausschließlich aufgefüllteBöden. Es sollte außerdem geklärt werden, welche PAK-Einzelstoffe den Hauptanteil der ubiquitären Gehalte aus-machen und in welcher Beziehung sie zueinander stehen.Untersucht wurden die 16 PAK-Einzelstoffe nach EPA zzgl.1- und 2-Methylnaphthalin sowie Benzo(e)pyren.

1 Probenahme und Analytik

1.1 Auswahl der Probenahmeorte und Probenahme

An 108 Standorten verteilt über das Hamburger Stadtgebiet(→ Abb. 1) wurden aus 0 - 10 cm bzw. bei bearbeitetenFlächen aus 0 - 30 cm Tiefe Bodenmischproben entnom-men. Bei Waldstandorten beschränkte sich die Beprobungauf den mineralischen Oberboden. Die Standortauswahl er-folgte unabhängig davon, ob die Böden natürlich gewach-sen oder gestört waren. Auf Flächen einheitlicher Nutzung

mit einer Größe von ca. 60 - 100 m² wurde jeweils mit ei-nem Handbohrstock durch je 20 Einstiche in 2 diagonalenLinien über die Fläche Boden entnommen und zu einerMischprobe vereinigt. Die Probenahme erfolgte 1993 - 1995.

Die Standorte sind folgenden Nutzungsformen zuzuordnen:Industrie, Verkehr, Wohngebiete, Kleingärten, Landwirt-schaft, Überschwemmungsflächen, Wald/Park, Naturschutz-gebiete und Sonstiges Grün (Brachen, Grasflächen). Die Flä-che Hamburgs ist durch ein breites Marschengebiet der Elbeund angrenzende Moränenflächen ("Geest") geprägt. 38 der108 Proben stammen aus der Elbmarsch. Anhand desHamburger Altlastenhinweiskatasters wurde sichergestellt,dass keine Altlastverdachtsflächen in das Untersuchungspro-gramm einbezogen wurden.

1.2 Analysenumfang und -verfahren

Für alle Bodenproben wurde eine sensorische Ansprachevorgenommen, d.h. es wurden in Anlehnung an die Boden-kundliche Kartieranleitung (AG Boden, 1994) Bodenart, Bei-mengungen, Humusgehalt, Geruchsauffälligkeiten sowieFarbe benannt. Das luftgetrocknete Bodenmaterial wurde

Abb. 1: Benzo(a)pyrengehalte in Hamburger Oberböden, n = 108


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Hamburg(gesamt)

Hamburg(zentral)

HamburgStadtrand

Marsch(zentral)

MarschStadtrand

Geest(zentral)

GeestStadtrand

Anzahl 108 90 18 32 6 58 12Min. - Max. Wert 0,1 - 44,3 0,3 - 44,3 0,1 - 2,6 0,7 - 30,9 0,2 - 2,6 0,3 - 44,3 0,1 - 1,7Mittelwert 6,4 7,5 0,8 5,4 1,3 8,7 0,5Median 3,6 4,4 0,5 3,7 1,3 5,0 0,475. Perzentil 7,6 9,5 1,3 6,0 1,8 10,4 0,790. Perzentil 16,4 16,5 1,8 10,2 2,3 18,6 1,3

PAK(19)

PAK(EPA)

PAK(TrinkwV)

NAPH 1Me 2Me ACEY ACEN Fluoren PHEN

Min. Wert 0,10 0,09 0,05 0,004 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,01

Max. Wert 46,82 44,29 20,31 0,44 0,18 0,27 0,23 0,44 0,56 6,36

Mittelwert 6,80 6,38 3,19 0,05 0,02 0,03 0,02 0,04 0,06 0,64

Median 3,95 3,62 1,97 0,03 0,01 0,02 0,01 0,01 0,02 0,25

75. Perz. 8,21 7,64 4,03 0,04 0,02 0,03 0,03 0,03 0,06 0,67

90. Perz. 17,35 16,36 7,87 0,12 0,04 0,06 0,06 0,10 0,15 1,70

ANTH FL Pyren BaA Chrysen BbF/BkF BeP BaP IP DBA BghiP

Min. Wert <0,001 0,01 0,01 <0,001 0,01 0,02 0,01 0,003 0,004 <0,001 0,01

Max. Wert 1,11 7,10 7,51 3,67 3,83 5,79 2,17 3,29 1,95 0,76 2,18

Mittelwert 0,12 1,02 0,95 0,54 0,64 0,99 0,37 0,49 0,33 0,13 0,36

Median 0,05 0,50 0,47 0,27 0,38 0,67 0,20 0,28 0,21 0,09 0,23

75. Perz. 0,12 1,24 1,08 0,71 0,83 1,40 0,51 0,71 0,42 0,18 0,45

90. Perz. 0,34 2,76 2,47 1,39 1,51 2,20 0,88 1,18 0,71 0,30 0,79

PAK(19): Summe der 16 PAK nach EPA, BeP, 1- u. 2-MethylnaphthalinPAK(EPA): Summe der 16 PAK nach EPATrinkwV: Summe der 6 PAK nach TrinkwV (FL, BbF, BkF, BaP, IP, BghiP)NAPH: Naphthalin, 1Me: 1-Methylnaphthalin, 2Me: 2-Methylnaphthalin, ACEY: Acenaphthylen, ACEN: Acenaphthen, PHEN: Phenanthren, ANTH: Anthracen,FL: Fluoranthen, BaA: Benz(a)anthracen, BbF/BkF: Benzo(b)- und Benzo(k)-fluoranthen, BeP: Benzo(e)pyren, BaP: Benzo(a)pyren, BaP: Benzo(a)pyren,IP: Indeno(1,2,3-cd)pyren, DBA: Dibenz(a,h,)anthracen, BghiP: Benzo(g,h,i)perylen

gesiebt (< 2 mm) und homogenisiert. Darüber hinaus wurdenTrockensubstanz, Glühverlust, pH-Wert und elektrische Leit-fähigkeit gemessen. Die Bestimmung dieser Grundparametererfolgte im Fachamt für Umweltuntersuchungen der Umwelt-behörde Hamburg nach folgenden Verfahren: Trockensubstanznach DIN 38 414 – S2: 11.85, Glühverlust nach DIN 38 414– S3: 11.85, pH nach DIN 38 414 – S5: 09.81 und die el.Leitfähigkeit gemäß VDLUFA A.10.1.1., 1991.

Der Untersuchungsumfang für die polycyclischen aromati-schen Kohlenwasserstoffe umfasste die 16 Einzelstoffe nachEPA (1982) zuzüglich 1- und 2-Methylnaphthalin sowieBenzo(e)pyren (im Folgenden "PAK(19)"). Die Analysenwurden vom Institut für naturwissenschaftlich-technischeDienste NATEC SGS GmbH in Hamburg durchgeführt. Beiextra durchgeführten Vergleichsuntersuchungen zur Quali-tätssicherung schnitt das gewählte Labor erfolgreich ab.Ebenfalls positiv war die Teilnahme an einem PAK-Ring-versuch. Die Ergebnisse von "verdeckten" Wiederholungs-analysen an unterschiedlich belasteten Proben zeigten einegute Übereinstimmung.

Zur Quantifizierung der PAK wurde den Bodenproben eininterner Standard zugegeben, der 15 der EPA-PAK (ohne Benz-(a)anthracen) in deuterierter Form enthielt. Der Boden wur-de anschließend mit Toluol versetzt und 30 Minuten imUltraschallbad behandelt. Zur Trocknung wurde wasserfreiesNatriumsulfat zugesetzt und 2 Std. geschüttelt. Die Toluol-

phase wurde über Kieselgel/Silbernitrat und Florisil säulen-chromatographisch gereinigt und das Eluat schonend auf-konzentriert. Die Messung erfolgte am Gaschromato-graphen (GC HP 5890) mit massenselektivem Detektor (HP5970) im MID-Modus. Die Bestimmungsgrenze betrug0,001 - 0,01 mg/kg TM. Da Benzo(b)fluoranthen undBenzo(k)fluoranthen nicht trennbar waren, werden im Fol-genden jeweils ihre Summenwerte angegeben.

2 Ergebnisse und Bewertung

2.1 PAK-Gesamtgehalte

In den Hamburger Oberböden wurden Gehalte an PAK (EPA)in einem Bereich von 0,09 - 44,3 mg/kg TM (für die SummePAK(19) von 0,1 - 46,8 mg/kg TM) gemessen (→ Tabelle 1).Der Mittelwert beträgt 6,4 (6,8) mg/kg TM und ist deutlichhöher als der Median von 3,6 (4,0) mg/kg TM. Etwa 80% derWerte liegen unter 10 mg/kg TM. In ca. 6% der Proben sind20 mg/kg TM und in einem Fall 40 mg/kg TM überschritten.

Die Verteilung der PAK-Gehalte über die Stadtfläche Ham-burgs (BaP, → Abb. 1) zeigt, dass die Belastungen in dendünner besiedelten und eher ländlich geprägten Randbe-reichen der Stadt gering sind. Höhere Werte findet man imzentraleren Teil der Stadt mit großer Industrie-, Verkehrs-bzw. Siedlungsdichte (→ Tabelle 2).

Tabelle 1: PAK-Gehalte in Hamburger Oberböden (mg/kg TM) (n = 108)

Tabelle 2: PAK(EPA)-Gehalte (mg/kg TM) in Hamburger Oberböden, differenziert nach Ortslage



0

1

2

3

4

0 10 20 30 40 50

PAK(19) (mg/kg TM)

Ben

zo(a

)pyr

en (

mg/

kg T

M)

Die gesonderte Betrachtung der Hamburger Marschenbödenlässt erkennen, dass sie sich von den übrigen Böden imRandbereich durch höhere PAK-Gehalte unterscheiden (→Tabelle 2). Während sich im ländlichen Raume die Boden-eigenschaften bemerkbar machen, ist ihr Einfluss im inner-städtischen Bereich durch die starke anthropogene Über-prägung der Böden überlagert.

2.2 PAK-Einzelstoffe

Die leichterflüchtigen PAK Naphthalin, 1- und 2-Methyl-naphthalin, Acenaphthylen, Acenaphthen und Fluoren wei-sen mit Maximalwerten von deutlich unterhalb 1 mg/kg TM(Medianwerte 0,01 - 0,03 mg/kg TM) die geringsten Gehalteauf. Die höchsten Befunde ergeben sich für Phenanthren,Fluoranthen und Pyren mit Maximalwerten bis zu 7,5 mg/kgTM (höchster Medianwert 0,5 mg/kg TM für Fluoranthen).

In Abb. 2 sind die prozentualen Anteile der Einzel-PAK ander Summe der 19 gemessenen PAK auf der Basis der Median-werte dargestellt.

Gehalt ist folglich für eine Gefährdungsabschätzung für PAKin Oberböden auf nicht durch Altlasten überprägten Flä-chen geeignet.

Abb. 2: Anteil der Einzelstoffe an der Summe PAK (19), n = 108 (aufder Basis der Medianwerte)

Die Korrelationskoeffizienten der jeweiligen PAK-Einzelstoff-paare zueinander liegen zwischen 0,55 und 0,99 und lassenenge Beziehungen erkennen (bei n > 100 und r > 0,25: 99%Signifikanz). Die Spanne der Korrelationskoeffizienten zeigtAbstufungen. So sind die drei Naphthaline untereinandereng (r = 0,87 - 0,97) und mit allen anderen Komponentengeringfügiger korreliert (r = 0,55 - 0,90). Die engsten Zusam-menhänge wurden innerhalb folgender vom Molekularge-wicht her ähnlicher bzw. gleicher Gruppen gefunden: FL-Pyren-BaA-Chrysen (4-Ring-PAK) und BbF/BkF-BeP-BaP(5-Ring-PAK) sowie IP-BghiP-DBA (5- und 6- Ring-PAK)mit jeweils r = 0,98 - 0,99.

Benzo(a)pyren wird aufgrund des hohen kanzerogenen Po-tentials und der guten Messbarkeit häufig als Leitparameterfür die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe her-angezogen. Die hier berichteten Untersuchungsergebnissezeigen, dass die BaP-Gehalte sehr gut mit den PAK-Summen-werten korrelieren: r = 0,98 für Summe PAK(19) und Sum-me PAK (EPA). In Abb. 3 ist die Beziehung graphisch dar-gestellt. Der BaP-Anteil liegt bei 7 - 8% der PAK-Summen.Ähnlich hochsignifikante Korrelationen finden auch Tebaayet al. (1993) und Eusterbrock (1999). Der Benzo(a)pyren-

Abb. 3: Beziehung zwischen dem Gehalt an Benzo(a)pyren und derSumme PAK (19), n = 108

PAK-Summenwerte werden häufig für die 6 PAK derTrinkwasserverordnung angegeben (Fluoranthen, Benzo(b)-fluoranthen, Benzo-(k)fluoranthen, Benzo(a)pyren, Benzo-(g,h,i)perylen und Indeno(1,2,3-cd)pyren). Das Verhältnis derSummen EPA/TrinkwV beträgt für die 108 untersuchtenProben im Mittel 1,9, d.h. die PAK (EPA)-Summenwerte las-sen sich in etwa durch eine Verdoppelung der Summen nachTrinkwasserverordnung abschätzen. Die enge Beziehungzwischen beiden Summenparametern zeigt der Korrelations-koeffizient von r = 0,99.

3 PAK-Gehalte in Hamburger Oberböden inAbhängigkeit von der Flächennutzung

Hinsichtlich der Flächennutzungen wurde differenziert nachIndustriegebieten (n = 11), Straßenverkehr (n = 14), Wohn-gebieten (n = 19), Kleingärten (n = 13), Landwirtschaft (n =17), Überschwemmungsflächen (n = 6), Wald/Park (n = 12),Naturschutzgebieten (n = 4) und Sonstiges Grün (n = 12).Für die Auswertungen (→ Tabelle 3, → S. 80, Abb. 4) wur-den für die Nutzungen Straßenverkehr, Überschwemmungs-flächen, Wald/Park sowie Landwirtschaft höhere Proben-zahlen einbezogen, weil einigen Flächen zwei Nutzungsartenzugeordnet wurden.

Für Naturschutzgebiete, Wald/Park und Sonstiges Grün(Grasflächen, Brachland) wurden PAK-Gehalte in Ober-böden von 0,7, 1,6 bzw. 1,9 mg/kg TM (Median für PAK(EPA)) gemessen. Die Gehalte sind sehr stark davon abhän-gig, ob sich die Flächen im Randbereich oder im zentralerenGebiet des Ballungsraums befinden. Eine mehr oder wenigerzentrale Lage der Messpunkte zeigt größeren Einfluss auf diePAK-Belastung als die Nutzungsart der Grünfläche, was deut-lich wird, wenn man den Medianwert für innerstädtische Park-anlagen gesondert berechnet, der mit 4,1 mg/kg TM (n = 8)wesentlich höher liegt.

Die landwirtschaftlich genutzten Flächen liegen zum über-wiegenden Teil in den Marschengebieten im Süden Ham-



Abb. 4: Häufigkeitssverteilungen für die Summe PAK (19) für die unterschiedlichen Flächennutzungen und für alle 108 Proben



burgs. Nur 5 der 21 Proben wurden auf den sandigen Bödenim nördlichen Stadtrandbereich entnommen. Es wurde so-wohl Acker (Entnahmetiefe 0 - 30 cm) als auch Grünland (0- 10 cm) beprobt. Bei nahezu allen Standorten handelt essich um gewachsene Böden ohne erkennbare anthropogeneBeimengungen. Die getrennte Berechnung der Medianwerte(→ Tabelle 4) für Marschen- und Geestflächen führt zu zweiunterschiedlichen Gehaltsstufen für PAK (EPA) von 2,2 bzw.0,3 mg/kg TM.

15 der untersuchten Bodenproben wurden von Verkehrsin-seln oder von Grünflächen neben Kreuzungen an vielbefah-renen Haupt- oder Bundesstraßen und aus dem Böschungs-bereich von Bundesautobahnen entnommen und als gegen-über Straßenverkehrsemissionen besonders exponiert einge-stuft. Im Unterschied zu anderen Projekten (FLEISCHMANN &WILKE, 1991; UNGER & PRINZ, 1992) war nicht die Abhängig-keit vom Abstand zur Straße Untersuchungsziel, sondern dieErfassung der großflächigen allgemeinen Belastungen im Nah-bereich der Straßen durch die Analyse von Oberbodenmisch-proben aus ca. 100 m² großen Flächen neben den Fahrbah-nen. Bei der Nutzungsform Verkehr ergibt sich für die PAK(EPA) ein Medianwert von 4,1 mg/kg TM. Der Streubereichder Einzelwerte ist sehr groß: 0,3 - 28,3 mg/kg TM. Währendgroße Verkehrsdichten im Innenstadtbereich durch häufigesBeschleunigen und Bremsen zu vergleichsweise hohen Ge-halten führen, scheinen die PAK-Werte an Autobahnen trotzz. T. höherer Kfz-Zahlen aufgrund der gleichmäßigeren Fahr-weise deutlich geringer zu sein. Entsprechende Hinweisefanden auch Joneck & Prinz (1993) bei ihren Untersuchun-gen im Münchener Raum.

Zur Ermittlung der PAK-Gehalte in Hamburger Wohnge-bieten wurden 19 über das Stadtgebiet verteilte Standortein das Untersuchungsprogramm aufgenommen. Die Probenwurden überwiegend auf Rasenflächen, zwei aus Gärtenund eine aus einem Innenhof entnommen. Im Vergleich zuanderen Nutzungsformen findet man für Wohngebiete miteinem Medianwert von 6,3 mg/kg TM für PAK (EPA) und0,6 mg/kg TM für BaP relativ hohe Oberbodengehalte. DerMaximalwert von 21,0 mg/kg TM wurde im Innenhof einesalten Wohnviertels mit noch hohem Anteil an Altbauten mitKohlefeuerstätten gemessen. An einigen Standorten bestehtein Zusammenhang mit PAK-haltigen Trümmerschutt-beimengungen. Für Hausgärten in Ballungsgebieten Nord-rhein-Westfalens geben Hein & Delschen (1994) einenMedianwert von 4,2 mg/kg TM PAK (EPA) an.

Um die Belastung von Kleingartenanlagen zu erfassen, wur-den 13 zu verschiedenen Zeitpunkten (1911 - 1980) ange-legte und über das Stadtgebiet verteilte Flächen untersucht.Im Vergleich zu allen anderen Nutzungen ergeben sich fürKleingärten die höchsten Medianwerte mit PAK (EPA) 8,6

Tabelle 3: Median-, Mittel-, 90. Perzentil- und Maximalwerte für die Summe PAK (EPA) und BaP in Hamburger Oberböden für verschiedeneArten der Flächennutzung (mg/kg TM)

Flächennutzung Marsch Medianwerte Mittelwerte 90. Perzentil Maximalwerte

n % PAK BaP PAK BaP PAK BaP PAK BaP

Kleingärten 13 31 8,61 0,81 11,44 0,82 30,30 2,08 37,19 2,30

Wohngebiete 19 5 6,34 0,55 6,94 0,59 13,84 1,08 20,99 1,93

Industrie 11 82 5,50 0,44 10,71 0,82 17,51 1,16 44,29 3,29

Verkehr 15 0 4,10 0,37 7,39 0,62 16,02 1,14 28,25 2,48

Überschwemm. 7 100 2,62 0,17 2,77 0,19 4,76 0,33 5,83 0,45

Sonstiges Grün 12 33 1,88 0,16 5,86 0,43 16,31 0,92 32,41 2,48

Wald und Park 15 7 1,60 0,13 4,22 0,34 13,22 1,04 16,33 1,35

Landwirtschaft 21 76 1,31 0,09 2,23 0,14 5,21 0,31 6,76 0,39

Naturschutzg. 4 50 0,69 0,04 1,02 0,08 2,04 0,16 2,62 0,21

Alle Oberbodenproben 108 35 3,62 0,28 6,38 0,49 16,36 1,18 44,29 3,29

Die Summe n ist > 108, da einige Flächen zwei Nutzungsarten zugeordnet wurden

Tabelle 4: PAK(EPA)-Gehalte (mg/kg TM) der Proben von land-wirtschaftlich genutzten Flächen; differenziert nach Substrat undNutzung

n Median-werte

Mittel-werte

90.Perzentil

Maximal-werte

PAK PAK PAK PAK

Landwirtschaft (alle) 21 1,3 2,2 5,2 6,8

Marsch 16 2,2 2,8 5,8 6,8Moräne 5 0,3 0,4 0,6 0,7

Acker (alle) 9 1,3 2,2 5,1 6,8Marsch 6 2,5 3,2 5,8 6,8Moräne 3 0,3 0,4 - 0,7

Grünland (alle) 12 1,3 2,2 5,1 6,3Marsch 10 1,9 2,6 5,3 6,3Moräne 2 - 0,4 - 0,4

Die Ergebnisse von Ackerflächen zeigen ähnliche PAK-Gehal-te wie die von landwirtschaftlich genutztem Grünland. Glei-ches belegt eine Untersuchung in Oberösterreich (PUCHWEIN,1993). Nach Angaben Hamburger Landwirte werden dieGrünlandflächen mindestens alle 5 Jahre umgebrochen, wasähnliche PAK-Werte im Oberboden wie bei Ackerflächen er-klärt. Alle Befunde liegen deutlich unter dem in der BBodSchVfür Ackerbau angegebenen Prüfwert von 1 mg/kg TM für BaP.

Die untersuchten Überschwemmungsflächen der Elbe, Dove-Elbe oder Gose-Elbe werden naturnah genutzt (Landwirtschaft,Naturschutzgebiet, Brache). Sie sind charakterisiert durchrezente Sedimente. Die Werte für die Summe PAK (EPA) lie-gen in einer engen Wertespanne von 1,2 - 5,8 mg/kg TM miteinem Medianwert von 2,6 mg/kg TM. Die Gehalte sindhöher als die der ebenfalls naturnah genutzen, aber nicht imÜberschwemmungsbereich gelegenen Marschenflächen.



0

10

20

30

40

1900 1920 1940 1960 1980 2000

Jahr

PAK

(EPA

) (m

g/kg

TM

)

und Benzo(a)pyren 0,8 mg/kg TM. Die Gehalte liegen ineiner sehr weiten Spanne von 0,3 - 37,2 mg/kg TM PAK(EPA). Bei der Bewertung ist zu beachten, dass überpropor-tional viele Standorte in bekanntermaßen höher belastetenBereichen der Stadt ausgewählt wurden.Betrachtet man das Alter der Kleingartenanlagen (Zeitpunktder Gründung bzw. Fertigstellung), fällt auf, dass die beidenProben mit den geringsten Gehalten aus den beiden neue-sten Gartenanlagen stammen. Die drei höchsten Werte fin-det man dagegen bei besonders alten Kleingartenvereinen(1919, 1921, 1934). Abweichend davon ergibt sich ein nied-riger Gehalt für einen alten Kleingarten, in dem der beprobteBereich inzwischen für die Einrichtung einer Spiel- und Park-fläche umgestaltet wurde (→ Abb. 5).

erwarteten Belastung. Durch den Flugverkehr lokal erhöhtePAK-Belastungen konnten damit nicht nachgewiesen werden.

4 Diskussion

Atmosphärische PAK-Einträge können aufgrund der gerin-gen Wasserlöslichkeit, Flüchtigkeit und Abbaubarkeit derPAK und ihres Adsorptionsvermögens an organischem Ma-terial langfristig zu Anreicherungen in Oberböden führen.Die untersuchten Standorte Hamburgs sind unterschiedlichstark diffusen Luftbelastungen ausgesetzt, was zu einemGefälle Zentrum – Stadtrand führt. Im ländlichen Rand-bereich wurden PAK (EPA)-Gehalte von 0,1 - 2,6 mg/kg TMgemessen. Bei diesen gewachsenen und anthropogen wenigbeeinflussten Böden lässt sich die Abhängigkeit der PAK-Gehalte von der Art des Bodensubstrats erkennen. Die diffe-renzierte Auswertung für Marschen- und Geestböden führtzu unterschiedlichen Medianwerten von 1,3 bzw. 0,4 mg/kgTM PAK (EPA).

Im zentralen Stadtbereich sind die PAK (EPA)-Gehalte mit ei-nem Median von 4,4 mg/kg TM im Oberboden deutlich hö-her. Der Einfluss der natürlichen Bodeneigenschaften ist sostark durch anthropogene Einwirkungen überdeckt, dass hierdie Belastung der sandigen Substrate (Median 5,0 mg/kg TM)die der Marschenböden übersteigt (Median 3,7 mg/kg TM).

Dass die unterschiedlichen Belastungsniveaus zwischen Stadt-zentrum und Stadtrand nicht allein auf den Luftpfad zurück-zuführen sind, macht eine Betrachtung von einzelnenBelastungsklassen deutlich. Bei den Oberböden mit PAK-Gehalten von < 2 mg/kg TM handelt es sich um naturnaheunterschiedlich genutzte Böden am Stadtrand. Ergebnisse imKonzentrationsbereich von 2 - 5 mg/kg TM stammen z.T.von gestörten Böden, die durch Einlagerungen von Ziegeln,Schlacken und Schutt als solche erkennbar waren. Überwie-gend enthalten solche Böden jedoch 10 bis 20 mg/kg TM.Gehalte von >20 mg/kg TM findet man nur noch in offen-sichtlich vorbelasteten Auffüllungsböden. Untersuchungenin Berlin (SMETTAN et al., 1993) zeigten, dass in Trümmer-schuttablagerungen z.T. sehr hohe PAK-Gehalte nachzuwei-sen waren. Da im Kriegsverlauf weite innerstädtische Berei-che Hamburgs durch Brände zerstört wurden, sind auch hierPAK-belastete Beimengungen wie Ruß, Stäube, Aschen, Holz-kohle, Trümmerschutt usw. wahrscheinlich die Ursache füreine großflächig auftretende Vorbelastung vieler Böden. Dieslässt sich auch anhand von Musterverschiebungen mit Hilfevon Cluster- und Faktorenanalysen zeigen (GRAS et al., 1996).

Die Auswertung der PAK-Daten unter Klassifizierung nachFlächennutzungen führte zu unterschiedlichen Gehaltsstu-fen (→ Tabelle 3). "Grün"genutzte Böden in Naturschutz-gebieten, in der Landwirtschaft, in Wald und Park sind amgeringsten mit PAK belastet. Höhere Gehalte findet man beiverkehrs- und industriebeeinflussten Oberböden. Auffälligsind die hohen PAK-Werte in Wohngebieten und insbeson-dere in Kleingärten.

5 Schlussfolgerungen

Der Vergleich mit Untersuchungsergebnissen aus anderenBundesländern ist aufgrund von unterschiedlichen Bepro-bungs- und Analysenverfahren sowie der verschiedenen

Abb. 5: Beziehung zwischen dem Alter der Kleingartenanlagen undden gemessenen PAK-Oberbodengehalten

Für die auffälligen Befunde sind folgende Ursachen denkbar:Lage der Kleingärten am Rande von Industriegebieten, Einar-beitung von Verbrennungsrückständen in die Böden (Aschen,Komposte mit Aschen, Laub- und Abfallverbrennung vor Ort),der Gebrauch von Holzschutzmitteln auf Teerölbasis und teer-haltigen Dachpappen und vielleicht die Ablagerung vonTrümmerschutt während des letzten Krieges. Ergebnisse an-derer Untersuchungen bestätigen die allgemein erhöhten Be-lastungen von Kleingärten: Fliegner & Reinirkens (1993), Lenzet al. (1997), Fetzer et al. (1999) und Belicic & Raschke (1999).

11 Oberbodenproben aus Industriegebieten wurden nichtdirekt auf Betriebsflächen, sondern benachbart auf öffentli-chen Brach- oder Grasflächen entnommen. Der niedrigsteGehalt an PAK (EPA) beträgt 2,5 mg/kg TM, der Maximal-wert ist mit 44,3 mg/kgTM der höchste aller 108 untersuch-ten Proben. Mit einem Medianwert von 5,5 mg/kg TM lie-gen die Gehalte auf industriegeprägten Flächen zwarzwischen denen der Nutzungsarten Verkehr und Wohnge-biet, die Häufigkeitsverteilung (→ Abb. 4) macht aber eineVerteilung zu insgesamt höheren Konzentrationen deutlich.

Im Rahmen des Untersuchungsprogramms sollte geprüft wer-den, ob durch mögliche unvollständige Verbrennung von Kraft-stoffen im Flugverkehr (wie von Kraftfahrzeugen bekannt)besondere PAK-Belastungen im Bereich des Hamburger Flug-hafens auftreten. Dazu werden zehn Proben herangezogen,die unmittelbar im Einflussbereich des Flugverkehrs innerhalbder Lärmschutzzone 2 entnommen wurden. Der errechneteMedianwert von 2,7 mg/kg TM für PAK (EPA) zeigt keineAbweichung von der für die dortigen Nutzungen und die Lage



Parameterumfänge problematisch. In Tabelle 5 wurden Ober-bodendaten für Verdichtungsräume aus Nordrhein-Westfa-len, Bayern, Berlin, Sachsen, Bremen und dem Saarland zu-sammengestellt. Es ist erkennbar, dass die PAK-Gehalte inHamburger Gärten in derselben Größenordnung wie die inNordrhein-Westfalen, Bremen und Berlin liegen. Die Wertefür die landwirtschaftlich genutzten Flächen sind aufgrunddes hohen Marschenanteils nur bedingt vergleichbar, sie lie-gen innerhalb der Spanne der anderen Daten. Für Wald/Parkwurden in Hamburger Oberböden etwas höhere Gehalte alsin Bayern, Saarland und Sachsen gemessen.

Tabelle 5: Literaturdaten zur PAK-Bodenbelastung in Ballungs-räumen bzw. verdichteten Gebieten in Deutschland (Medianwerte)(mg/kg TM)

Nutzung BaP PAK(EPA)

Literatur/Gebiet

KleingärtenSpielplätze/Rasen

0,660,05

FLIEGNER & REINIRKENS, 1993Nordrhein-Westfalen: hoheSiedlungsdichte, sehr starkerindustrieller Besatz

Hausgärten 0,42 4,2 HEIN & DELSCHEN, 1994Nordrhein-Westfalen:Ballungsräume

AckerGarten

0,210,68

CRÖSSMANN, 1992Nordrhein-Westfalen:Ballungsraum Ruhrgebiet

Kleingärten 0,45 6,24 Lenz et al., 1997Bremen

überwiegendSpielplätze u.Kleingärten

7,5(Mittelwert)

SMETTAN et al., 1993Berlin

AckerGrünlandWald/ForstOberb.Sonst. Grün

0,0250,0030,035

0,174

JONECK & PRINZ, 1993Bayern: Verdichtungsräume

AckerGrünlandWald Oberb.

0,0190,027

<0,010

0,400,580,22

RANK et al., 1997Sachsen: Verdichtungsräume

AckerGrünlandForst Oberb.

0,0480,1030,077

FETZER et al., 1999Saarland: Verdichtungsräume

Als Beurteilungsmaßstab für Bodenverunreinigungen in Ham-burg ergibt sich aus den Befunden, dass1) Böden mit mehr als 10 mg/kg TM an PAK (EPA) sehr er-

hebliche Beimengungen an Schutt u.Ä. enthalten und somitbis etwa zu diesem Wert von typischen innerstädtischen Ge-halten gesprochen werden kann ("innerstädtischer Hinter-grund") und

2) nicht spezifisch belastete naturnahe Böden der sandig-leh-migen Moränengebiete (Geest) Werte <1 mg/kg TM undder schluffig-tonigen Elbmarschen Werte <2,5 mg/kg TMan PAK (EPA) aufweisen ("ländlicher Hintergrund").

Literatur

AG Boden (1994): Bodenkundliche Kartieranleitung. 4. Aufl., Schwei-zerbart'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart

BELICIC, T.; RASCHKE, N. (1999): Die Schadstoffbelastung in Nürn-berger Stadtböden. Wasser und Boden 51, 44-48

BBodSchV (1999): Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung.Bundesgesetzblatt Teil I Nr. 36, ausgegeben zu Bonn 16.07.1999

CRÖSSMANN, G. (1992): Zum Transferverhalten ausgewählter polycy-clischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) bei gärtnerischen

und landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. In: Kommunalverband Ruhr-gebiet (Hrsg.): Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe in Bö-den und Pflanzen, Ein Beitrag zur Gefährdungsabschätzung bei Alt-lasten. Band II Untersuchungsergebnisse, Essen

EPA (1982): Test-Method: Polynuclear Aromatic Hydrocarbons. U.S.Environmental Protection Agency, EPA-Method 610,07, USA

EUSTERBROCK, L. (1999): Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstof-fe (PAK) und polychlorierte Biphenyle (PCB) in urbanen BödenBayreuths. Bayreuther Bodenkundliche Berichte 66, Bayreuth

FERNANDEZ, A.R.; BUSHBY, B.R.; FAULKNER, J.E.; WALLACE, D.S.;CLAYTON, P.; DAVIS, B.J. (1992): The analysis of toxic organicmicropollutants (PCDDs, PCDFs, PCBs and PAHs) in ambientair and atmospheric deposition. Chemosphere 25, 1311-1316

FETZER, K.D.; DRESCHER-LARRES, K.; WEYRICH, J. (1999): OrganischeSchadstoffe in saarländischen Böden. Erste Inventur und Darstel-lung der Hintergrundbelastung. Landesamt für Umweltschutz(Hrsg.), Saarbrücken

FLEISCHMANN, S.; WILKE, B.-M. (1991): PAKs in Straßenrandböden.Mittlg. Dtsch. Bodenkundl. Gesell. 63, 99-102

FLIEGNER, M.; REINIRKENS, P. (1993): Vorliegende Referenzwerte fürPAK in Böden Nordrhein-Westfalens. Bodenschutzzentrum NRW,Oberhausen

GRAS, B.; JAEGER, C.; SIEVERS, S. (1996): Gehalte an polycyclischen aro-matischen Kohlenwasserstoffen (PAK) in Hamburger Oberböden.Hamburger Umweltberichte 52/96, Umweltbehörde Hamburg

HALSALL, C.J.; COLEMAN, P.J.; JONES, K.C. (1997): Atmospheric depo-sition of polychlorinated dibenzo-p-dioxins/dibenzofurans (PCDD/Fs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in two UK cit-ies. Chemosphere 35, 1919-1931

HEIN, D.; DELSCHEN, T. (1994): Beurteilung von PAK und PCB inKulturböden. Wasser und Boden 1, 54-59

JONECK, M.; PRINZ, P. (1993): Inventur organischer Schadstoffe inBöden Bayerns. Bayrisches Geologisches Landesamt, GLA-Fach-bericht 9, München

LAI (1991): Beurteilungsmaßstäbe zur Begrenzung des Krebsrisikosdurch Luftverunreinigungen. Arbeitsgruppe: Krebsrisiko durchLuftverunreinigungen, Länderausschuss für Immissionsschutz

LENZ, H.; PAMPERIN, L.; PLUQUET, E. (1997): PAK in Kleingartenböden -Eingrenzung möglicher Belastungsursachen mit Hilfe von PAK-Pro-filen. Mittlg. Dtsch. Bodenkundl. Gesell. 85, 737-740

PUCHWEIN, G. (1993): Organische Schadstoffe in oberösterreichischenBöden. In: Arbeitsgemeinschaft Alpenländer (Hrsg.): Experten-tagung der Arbeitsgruppe Bodenschutz am 11./12.11.1993, Linz

RANK, G.; KARDEL, K.; PÄLCHEN, W. (1997): Das Bodenmeßprogrammdes Freistaates Sachsen. In: LABO (1998): Hintergrundwerte füranorganische und organische Stoffe in Böden. Rosenkranz, D.;Einsele, G.; Harress, H.M.; Bachmann, G. (Hrsg.): Bodenschutz,28, 68-74

SMETTAN, U.; EHRIG, C.; GERSTENBERG, J. (1993): Belastungen vonBöden mit As, Pb und PAK in zwei Berliner Bezirken. Mittlg. Dtsch.Bodenkundl. Gesell. 72, 1259-1262

TEBAAY, R.H.; WELP, G.; BRÜMMER, G.W. (1993): Gehalte an Polycy-clischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und derenVerteilungsmuster in unterschiedlich belasteten Böden. Z.Pflanzenernähr. Bodenk. 156, 1-10

TERYTZE, K.; BÄULKE, N.; BÖHMER, W.; MÜLLER, J. (1998): Einschät-zung der Konzentrationsprofile polyzyklischer aromatischer Koh-lenwasserstoffe (PAK) in Böden des Biosphärenreservates Spree-wald. Z. Umweltchem. Ökotox. 10 (6) 326-332

UNGER, M.A.; PRINZ, D. (1992): Verkehrsbedingte Immissionen inBaden-Württemberg, Schwermetalle und organische Fremdstoffein straßennahen Böden und Aufwuchs. Umweltministerium Ba-den-Württemberg, UM-19-92, Stuttgart

VDLUFA (1991): Methodenbuch. Bd. I: Die Untersuchung von Bö-den. VDLUFA-Verlag, Darmstadt

Erhalten: 9. Dezember 1999Akzeptiert: 18. Februar 2000Online-First: 10. März 2000

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Gehalte an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen ... · PAK in Oberböden Originalarbeiten 76 UWSF – Z. Umweltchem. Ökotox. 12 (2) 2000 Mit dieser Untersuchung in Hamburg